Koefisien perpindahan kalor menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient ).

Pada uraian sebelumnya telah dibahas tentang konduksi kalor pada keadaan tetap. Pada kenyataannya transfer kalor konduksi selalu diawali dengan proses konveksi dan diakhiri dengan proses konveksi pula. Sangatlah jarang proses konduksi terjadi tanpa diawali  dan diakhiri dengan proses konveksi. Perhatikan transfer kalor yang terjadi pada suatu dinding datar seperti gambar dibawah ini.

 

Sisi kiri terdapat fluida panas dan sisi kanan terdapat fluida dingin. Pada sisi kiri terjadi transfer kalor secara konveksi dari fluida panas ke permukaan dinding sebelah kiri akibatnya permukaan dinding sebelah kiri menjadi lebih tinggi temperaturnya dari permukaan dinding sebelah kanan. Karena adanya perbedaan temperatur pada permukaan kanan dan kiri terjadilah transfer panas secara konduksi dari permukaan kiri ke permukaan kanan. Dengan adanya transfer panas dari permukaan kiri ke permukaan kanan menyebabkan temperatur permukaan kanan menjadi lebih panas dari fluida yang ada si sebelah kanan, sehingga terjadilah transfer kalor secara konveksi dari permukaan dinding sebelah kanan ke fluida yang berada disampingnya.

Aliran kalor yang terjadi dari fluida panas ke permukaan dinding sebelah kiri adalah

Aliran kalor dari permukaan dinding kiri ke permukaan dinding kanan adalah

Aliran kalor dari permukaan dinding kanan ke fluida di sebelah kanan yang dingin adalah

Jika ketiga persamaan diatas dijumlahkan pada arah temperatur maka akan menjadi :

 

Kita ketahui bahwa q_A  =  q_B  =  q_C  = q  dan  A_A  =  A_B  =  A_C  = A. 

Sehingga 

 

Maka Aliran kalor dari fluida kiri ke fluida kanan dapat ditulis sbb :

Aliran kalor dari fluida kiri ke fluida kanan adalah hasil gabungan dari proses konduksi dan konveksi boleh dinyatakan dengan koefisien perpindahan kalor menyeluruh U, yang dirumuskan dalam hubungan 

 

Jika disesuaikan dengan persamaan sebelumnya, koefisien perpindahan kalor menyeluruh adalah 

 

 

Koefisien perpindahan kalor menyeluruh untuk sebuah pipa dapat pula ditemukan seperti cara diatas tadi. Perlu diperhatikan bahwa luas permukaan yang menerima kalor pada pipa tidaklah sama untuk ke dua fluida, fluida yang satu luas permukaannya didasarkan pada permukaan dalam pipa dan fluida yang lain didasarkan pada permukaan luar pipa seperti pada gambar.

A     = Transfer kalor secara konveksi dari fluida dalam pipa ke permukaan bagian dalam pipa

B     = Transfer kalor secara konduksi dari permukaan bagian dalam ke permukaan bagian luar pipa

C     =  Transfer kalor secara konveksi dari permukaan bagian luar pipa ke udara fluida yang berada di sekitar pipa.

t₀    =  Temperatur fluida dalam pipa

t₁    =  Temperatur permukaan bagian dalam pipa

t₂    = Temperatur permukaan bagian luar pipa

t₃    =  Temperatur fluida di luar pipa

L     = Panjang pipa

r₀    =  Jari jari bagian dalam pipa

r₁    =  Jari jari bagian luar pipa

Aliran kalor yang terjadi dari fluida ke permukaan permukaan bagian dalam pipa adalah

 

 Aliran kalor dari permukaan bagian dalam ke permukaan bagian luar adalah

Jika ketiga persamaan diatas dijumlahkan pada arah temperatur maka akan menjadi :

 

 

Karena  q_A  =  q_B  =  q_C  = q , maka :

 

Dimana A₀ adalah luas permukaan penerima kalor bagian dalam pipa dan A₁ adalah luas permukaan penerima kalor permukaan luar, sehingga koefisien perpindahan kalor menyeluruh untuk pipa dapat ditulis  

 

Karena luas permukaan penerima kalor berbeda pada bagian dalam dan luar pipa maka koefisien perpindahan kalor menyeluruh dapat didasarkan pada permukaan luar ataupun permukaan dalam dari pipa.